車載マイコンの動向

車載マイコンの現状について ~2008 年度サーベイ ~ 2008 年 11 月 28 日 ( 財 ) 九州先端科学技術研究所

車のエレクトロニクス化 トヨタ自動車 (1996 - *1936) 燃費 : 7 km/l トヨタ自動車 (Prius HEV 2006) 燃費 :35.5 km/l センサー : 無 ECUs: 無 センサー : 約 100 ECUs: 約 70 ECU: Electronic Control Unit 快適 かつ 高性能 ( 燃費 ) で環境に優しい 安全な自動車が常に求められている 2

車のエレクトロニクス化 高性能 ( 低燃費 ) 化 環境に優しい 安全性の向上 快適性 利便性の向上 高性能 ( 低燃費 ) 化 環境に優しい エンジン制御 ハイブリッド制御 安全性の向上 快適性 利便性の向上 1970 年 エアバッグ ABS 電子制御サスペンション ETC カーナビゲーション AV 電動ミラー 電動シート オートドアロック 1980 年 1990 年 2000 年

車のエレクトロニクス化 それぞれの ECU は独立した組込みシステム! 4

車載マイコン 車載マイコンとは : ECU に用いられる CPU および CPU と周辺機能やメモリを集積するデバイス MCU(Micro Control Unit) CPU の他 プログラムの実行に必要なメモリ 周辺回路を集積 MPU(Micro Processing Unit) メモリや周辺回路などは外付け 車載用として用いられる マイコン (MCU MPU) 製品の現状をサーベイ

車載マイコンの搭載数 ( 個 ) 40 国産ミドルクラス 1 台あたりにおけるマイコンの平均搭載数 30 20 10 0 1980 1985 1990 1995 2000 2005 出典 : 矢野経済研究所, 車載用 MCU と半導体メーカの自動車戦略 2005

車載マイコンの用途 パワートレイン制御 ガソリンエンジン ディーゼルエンジン ハイブリッド トランスミッションなど 安全制御 アンチロックブレーキ ブレーキアシストなど ボデー制御 ライト ドア開閉 パワーウインドウ ワイパー エアコン オーディオ ダッシュボード エアバッグなど マルチメディア カーナビ 車線維持支援 駐車支援 プリクラッシュ セーフティ 車間距離警報装置など

半導体各社の車載マイコン 車載マイコン向きに用いられている CPU の例 フリースケール セミコンダクター社 NEC エレクトロニクス社 ルネサステクノロジ社 Infineon テクノロジーズ社 性能 高 低 高 低 高 低 高 低 ボディ 安全 パワートレイン マルチメディア 情報通信 MPC55xx(32) MPC55xx(32) MPC55xx(32) MPC5xxx(32) S12(16) S12(16) S12(16) i.mx(32) S08(8) V850ES(32) 78K0(8) SH2A-FPU(32) M32C/80(32) M16C/60(32/16),H 8S,H8SX(16) R8C(16) V850ES(32), V850E(32) 78K0S(8) SH-4A(32) M32R-FPU(32) H8S, H8SX(16) V850 系 (32) SH7050(32) M32R(32), M32R-FPU(32) TriCore(32) XC22xx(16) XC23xx(16) XC164(16) XC866(8) () 内は基本命令のデータ幅 出典 : ARM11(32) SH-4A(32) SH-4(32) フリースケール セミコンダクタ社ホームページ :http://www.freescale.co.jp NEC エレクトロニクス社ホームページ : http://www.necel.com ルネサステクノロジ社ホームページ : http://japan.renesas.com Infineon テクノロジーズ社ホームページ : http://www.infineon.com

車載マイコンに用いられる 主な周辺機能 メモリ ネットワークインターフェース LIN (Local Interconnect Network) CAN(Car Area Network) FlexRay 等 センサー入力 A/D 変換器 制御出力 割り込み制御 タイマカウンタ (<20Kbps) (<1Mbps) (<10Mbps) フラッシュメモリ ROM RAM

動作周波数 (MHz) 1000 車載マイコンの製品構成の例 ( ルネサステクノロジ社 ) 100 安全 ボディ ( ダッシュボードの表示 ) マルチメディア カーナビ ( メモリは外付け ) + マルチメディア 車線維持支援 駐車支援 プリクラッシュ セーフティ 車間距離警報装置など パワートレイン 10 * ボデー 0 500 1000 1500 2000 ROM サイズ (KByte) 出典 : ルネサスオートモティブ, 2008 年 10 月 ルネサス自動車マイコン, 2008 年 4 月

動作周波数 (MHz) 1000 車載マイコンの製品構成の例 ( ルネサステクノロジ社 ) 100 安全 ボデー ( ダッシュボードの表示 ) 16 ビット 32 ビット CPU 性能要求小 動作周波数 32MHz 以下 ( ダッシュボードの表示を除く ) プログラムサイズ小 10 * ボデー 0 500 1000 1500 2000 ROM サイズ (KByte) 出典 : ルネサスオートモティブ, 2008 年 10 月 ルネサス自動車マイコン, 2008 年 4 月

動作周波数 (MHz) 1000 車載マイコンの製品構成の例 ( ルネサステクノロジ社 ) 32 ビット CPU 動作周波数 (40MHz~80Mhz) プログラムサイズ大 100 パワートレイン 10 0 500 1000 1500 2000 ROM サイズ (KByte) 出典 : ルネサスオートモティブ, 2008 年 10 月 ルネサス自動車マイコン, 2008 年 4 月

動作周波数 (MHz) 1000 車載マイコンの製品構成の例 ( ルネサステクノロジ社 ) マルチメディア カーナビ ( メモリは外付け ) + マルチメディア 車線維持支援 駐車支援 プリクラッシュ セーフティ 車間距離警報装置など 100 性能要求大 32ビットCPU 高速な制御が求められる 動作周波数 (240MHz~600Mhz) 32ビットCPU マルチコア化 専用 HWを用いた 動作周波数 (80MHz~ 高速化 160Mhz) メモリは外付け 10 0 500 1000 1500 2000 ROM サイズ (KByte) 出典 : ルネサスオートモティブ, 2008 年 10 月 ルネサス自動車マイコン, 2008 年 4 月

車載マイコンの高性能化 性能要求の高い用途 マルチメディア マイコンの統合化 性能向上手法 アクセラレータの使用 マルチコア化 並列化

車載マイコンの性能向上手法 アクセラレータの使用 デバイスベンダアクセラレータ主な用途 NaviEngine NEC エレクトロニクス描画エンジンカーナビ SH77650 ルネサステクノロジ画像認識専用 H/W カーナビ

SH77650 ( ルネサステクノロジ ) カーナビ向けマイコン 白線検知などの走行支援のための画像認識を行う 高い性能が必要な 画像認識のため 画像認識専用ハードウェア ( 画像認識エンジン ) を アクセラレータとして搭載 上記 画像認識の実行をホスト CPU から 画像認識エンジンへオフロード ホスト CPU (32 ビット ) 画像認識エンジン 周辺機能 周辺機能 出典 : ルネサステクノロジ SH77650, http://japan.renesas.com/fmwk.jsp?cnt=sh77650_child.htm&fp=/applications/automotive/automotive_segment/infotainment/child_folder/child_folder/&title=sh77650

車載マイコンの性能向上手法 マルチコア化 デバイス ベンダ コア 主な用途 NaviEngine NECエレクトロニクス ARM11 x4 個 カーナビ SH7786 ルネサステクノロジ SH-4A x2 個 カーナビ MPC551x フリースケール Power x2 個 ボディ制御等

NaviEngine (NEC エレクトロニクス ) カーナビ向けシステム LSI カーナビ用アプリ開発の課題 ソフト開発の大規模化 高い性能要求 1. 既存のシングル CPU 用ソフトを そのまま実行可能 高性能化 2. 固定的な機能 (2D/3D 描画 ) に関し 専用 HW エンジンを用い CPU から実行をオフロード ARM11 ARM11 ARM11 ARM11 MPCore 周辺機能 高性能描画エンジン ビデオキャプチャ LCD コントローラ メモリインターフェース 出典 :NEC エレクトロニクスホームページ (http://www.necel.com/applications/ja/automotive/naviengine/spec.html)

MPC551x ファミリ ( フリースケール セミコンダクター ) ボディ制御高性能化により ボディ制御に用いる機能を集約しマイコンの数を削減 メイン CPU 主なアプリの実行 I/O プロセッサ 基本的な命令のみを実装に絞り 面積コストを削減 割り込み処理など メイン CPU の補助的な役割 メイン CPU (32bit マイコン ) I/O プロセッサ (32bit マイコン ) クロスバスイッチ 周辺機能 メモリ ( フラッシュ, SRAM) 参考文献 : MPC5510: Power Architecture 32-bit MCU for Automotive, Freescale Semiconductor

車載マイコンの性能向上手法 XGATE と etpu ( フリースケール セミコンダクタ ) 割り込みによるタスク等を ホスト CPU からオフロード XGATE:S12(16bit マイコン ) のコプロセッサ (XGATE) etpu : 汎用の周辺機能 (etpu) として搭載 XGATE etpu ホスト CPU (16bit マイコン ) RISC プロセッサ ホスト CPU (16bit マイコン ) タイマー カウンター RISC プロセッサ 割り込み ホスト CPU のタスクのオフロード 割り込み処理のオフロード ある時間間隔により実行されるタスクのオフロード 参考文献 : Using the XGATE for Manchester Decoding 他, Freescale Semiconductor etpu: Enhanced Time Processor Unit, Freescale Semiconductor

リアルタイム性を満たすために必要な性能 オフロードによる性能最適化 発熱大 動作周波数が 2 倍の CPU CPU 2X 性能不足 X CPU 時間 コプロセッサにオフロード (CPU は同じ ) CPU コプロセッサ 21

IMAPCAR(NEC エレクトロニクス ) 画像認識向けシステム LSI 画像認識のための高い性能要求 自動車の走行する環境 検出対象に合わせデバイスをプログラム可能 画像認識に適したハードウェア構成 外部メモリ (SSRAM) DPLL メモリ転送制御部 ビデオ入出力制御部 PE PE PE PE PE キャッシュ シーケンス制御部 制御プロセッサ演算部 画像メモリ 128 並列プロセッサ 8-bit 4ay VLIW I/O レジスタ 制御プロセッサ 128 並列プロセッサ部ブロック図 CPU バスインターフェース IMAPCAR ブロック図 画像 I/O レジスタファイル (8bits x 28 本 ) Acc.Reg. ALU ALU ALU LSU Acc. RAM 出典 : 車載組込み用画像認識プロセッサ IMAPCAR, NEC 技法 Vol.60 No.2/2007 PE 部ブロック図

まとめ アプリの所望の性能を実現しコストを最小化 8bit~32bit マイコンが使用される アプリサイズに応じ異なる ROM サイズ アプリに必要な周辺機能による 多品種構成 車載マイコンでもマルチコア化 動作周波数による高性能化から並列化による高性能化 統合化によるマイコンの数の削減 性能クリティカルなタスクのオフロードによる性能最適化 アクセラレータを用いた性能クリティカル箇所のオフロードによる性能最適化